韋光

(中國第一汽車股份有限公司奔騰事業(yè)本部，吉林長春 130011)

0 引言

目前車輛均采用真空助力伺服制動系統(tǒng)，其真空度直接影響駕駛員踩踏板的舒適度和安全性[1]，如果真空度過小，將引起制動助力不足，踏板力增大，存在連續(xù)踩剎車卻剎不住車的風(fēng)險，特別是搭載渦輪增壓發(fā)動機后，增壓器工作將使進(jìn)氣歧管內(nèi)產(chǎn)生高壓力，導(dǎo)致真空度建立困難。為提高真空助力器內(nèi)的真空度，通常需加裝電動真空泵，使其在真空度較低時啟動工作，輔助抽真空以保證制動系統(tǒng)效能。電動真空泵一般安裝在發(fā)動機艙內(nèi)，但發(fā)動機艙內(nèi)布置空間有限[2]，電動真空泵布置匹配的優(yōu)劣決定了周邊零件的通用性、開發(fā)周期和成本，同時，電動真空泵工作時會發(fā)生振動和噪聲，要求振動和噪聲不能產(chǎn)生擾人的影響[3]，增加了電動真空泵的布置匹配難度。文中以某前置前驅(qū)車型為例，對電動真空泵的布置匹配進(jìn)行分析，研究其布置設(shè)計需要遵循的要點及性能驗證方法。

1 電動真空泵的工作原理

電動真空泵的工作原理如圖1所示。發(fā)動機正常工作時，進(jìn)氣歧管產(chǎn)生的負(fù)壓使真空助力器內(nèi)的空氣經(jīng)文氏管被抽到進(jìn)氣歧管，導(dǎo)致真空助力器內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度。渦輪增壓器工作后，進(jìn)氣歧管產(chǎn)生正壓，文氏管阻斷真空助力器和進(jìn)氣歧管，ECU(Electronic Control Unit，電子控制單元)檢測真空助力器內(nèi)的真空度，如果真空度過小，啟動電動真空泵，真空助力器內(nèi)的空氣經(jīng)單向閥被抽到真空泵，真空度增加，當(dāng)真空度達(dá)到要求值時，電動真空泵停止工作。

圖1 電動真空泵的工作原理

由上述工作原理可知：匹配電動真空泵涉及到的新增零件及更改零件主要有電動真空泵、真空管路(包含管路、文氏管、單向閥等)、動力總成電線束、中冷器進(jìn)氣彎管，以及相應(yīng)的固定支架。

2 電動真空泵的布置

2.1 電動真空泵的布置要求

電動真空泵的布置必須滿足固定方式及固定點位置、整車性能、布置間隙、裝配工藝性、維修方便性等方面要求。

2.1.1 固定方式及固定點位置要求

電動真空泵需通過固定支架安裝到車身或動力總成上，支架的固定點盡量借用車身或動力總成的現(xiàn)有固定點，以減少對周邊零件的影響。

2.1.2 整車性能要求

整車性能要求需要考慮以下方面：

(1)整車通過性。電動真空泵的布置位置不能影響整車通過性，包括整車最小離地間隙及接近角。

(2)NVH性能。為降低振動及噪聲影響，電動真空泵通常布置在前機艙內(nèi)遠(yuǎn)離駕駛員的一端。電動真空泵與固定支架之間通過橡膠減振墊連接，如圖2所示。優(yōu)先選擇將電動真空泵固定到動力總成上，以便利用動力總成的懸置進(jìn)行隔振。

圖2 電動真空泵的結(jié)構(gòu)

(3)熱保護(hù)。電動真空泵的工作溫度一般要求不高于120 ℃，其布置位置的環(huán)境溫度應(yīng)滿足此工作溫度要求。因此，電動真空泵應(yīng)遠(yuǎn)離排氣歧管、三元催化器等熱源，其間隙應(yīng)不小于200 mm。

(4)安全性能。為滿足碰撞安全及行人保護(hù)法規(guī)要求，一般要求動力總成堅硬部分到前圍擋板的X向距離不小于80 mm，到前保險杠橫梁的X向距離不小于310 mm，到前機艙罩板的Z向距離不小于72 mm。

(5)涉水性能。整車涉水性能要求車輛在一定水深的涉水路面行駛，電動真空泵工作無異常。從電動真空泵自身結(jié)構(gòu)的密封性方面，其出氣口必須朝下并且應(yīng)具用防護(hù)罩保護(hù)，如圖2所示，以防止涉水時水進(jìn)入電機導(dǎo)致真空泵性能、壽命降低甚至損壞；從電動真空泵的布置方面，其位置應(yīng)盡量高于整車涉水試驗的水深標(biāo)準(zhǔn)，如果出氣口缺少防護(hù)罩，則需用管路將出氣口引高。

2.1.3 布置間隙要求

因電動真空泵采用橡膠減振墊連接，它在工作時位移會比較大，所以校核布置間隙時應(yīng)使用電動真空泵的運動包絡(luò)，一般要求不小于10 mm。考慮到動力總成的振動和裝配，如果真空泵通過支架固定在動力總成上，其運動包絡(luò)與電動風(fēng)扇、前圍擋板等的間隙應(yīng)不小于25 mm。如果真空泵通過支架固定在車身上，其運動包絡(luò)與動力總成的間隙應(yīng)不小于25 mm。

2.1.4 裝配工藝性要求

電動真空泵的布置位置應(yīng)保證其裝配方便，同時不應(yīng)影響真空泵固定支架的裝配，以及動力總成的舉升操作，要留有足夠的操作空間和工具空間。

2.1.5 維修方便性要求

電動真空泵應(yīng)盡量安裝在易于接近的地方，便于維護(hù)，包括在不拆卸動力總成的條件下，進(jìn)行電動真空泵的拆裝、真空管路和電動真空泵電源線的插拔。

2.2 電動真空泵的布置方案

綜合上述布置要求，考慮到文中項目采用發(fā)動機橫置且后排氣方案，即排氣歧管在發(fā)動機與前圍擋板之間，為避免排氣系統(tǒng)造成的熱損害風(fēng)險，并利用動力總成懸置提高隔振效果，將電動真空泵布置在前機艙內(nèi)變速器前殼體的前方，并通過支架將電動真空泵固定在變速器前殼體上，如圖3所示。真空泵固定支架采用三點固定，固定點均借用變速器前殼體上的現(xiàn)有固定點，避免對變速器模具的更改。其中，兩處為起動機固定點，采用雙頭螺栓和螺母來固定支架，另一處為發(fā)動機水管固定點，采用螺釘來固定支架。

圖3 電動真空泵的布置位置及支架固定點

對電動真空泵的布置情況進(jìn)行整車性能及布置間隙方面的校核，如圖4所示，校核結(jié)果見表1?？梢姴贾梅桨笣M足整車性能及布置間隙要求。

裝配工藝性方面，為縮短工時，應(yīng)優(yōu)先考慮將已分裝好的電動真空泵與固定支架總成裝配到變速器上。但考慮到裝配總成的起動機固定點2，裝配工具與電動真空泵的橡膠減振墊產(chǎn)生干涉，如圖5所示。因此，無法采用電動真空泵與固定支架分裝的方案，只能采用固定支架、電動真空泵依次裝配的方案。

維修方便性方面，考慮到電動真空泵的正上方布置有進(jìn)氣歧管、進(jìn)氣管路等，電動真空泵不具有可視性，如需拆卸電動真空泵，需先拆卸上方零件，操作繁瑣。對此，將電動真空泵的橡膠減振墊置于固定支架下方，使電動真空泵的安裝螺栓的裝配方向由下至上。需要更換電動真空泵時，僅需將車輛舉升至一定高度，拆卸發(fā)動機底護(hù)板后，電動真空泵便直接可見。經(jīng)過校核，電動真空泵的拆裝、真空管路和電動真空泵電源線的插拔等操作均比較方便，如圖6所示。此外，真空管路與電動真空泵的連接部位采用快插接頭，具有很好的可拆裝性。

圖4 整車性能及布置間隙方面的校核

要求項校核項目布置情況布置要求整車性能整車通過性NVH性能熱保護(hù)安全性能涉水性能電動真空泵與地面的距離324 mm≥整車最小離地間隙整車接近角20°≥整車接近角電動真空泵的布置位置前機艙內(nèi)變速器前殼體前方前機艙內(nèi)遠(yuǎn)離駕駛員的一端電動真空泵與固定支架之間連接形式采用橡膠減振墊采用橡膠減振墊電動真空泵與排氣歧管的距離406 mm≥200 mm電動真空泵與三元催化器的距離493 mm≥200 mm電動真空泵與前圍擋板的距離508 mm≥80 mm電動真空泵與前保險杠橫梁的距離311 mm≥310 mm電動真空泵與前機艙罩板的距離552 mm≥72 mm電動真空泵出氣口朝向朝下朝下電動真空泵出氣口防水保護(hù)有防護(hù)罩有防護(hù)罩電動真空泵進(jìn)氣口與地面的距離420 mm≥試驗水深標(biāo)準(zhǔn)布置間隙電動真空泵運動包絡(luò)與變速器的間隙11 mm≥10 mm電動真空泵運動包絡(luò)與離合器油管的間隙42 mm≥10 mm電動真空泵運動包絡(luò)與離合器分離軸承的間隙31 mm≥10 mm電動真空泵運動包絡(luò)與動力總成電線束的間隙21 mm≥10 mm電動真空泵運動包絡(luò)與固定支架中心孔的間隙10 mm≥10 mm電動真空泵運動包絡(luò)與電動風(fēng)扇的間隙51 mm≥25 mm

圖5 裝配工藝性校核

圖6 維修方便性校核

3 真空管路的布置

電動真空泵的布置位置直接決定了真空管路的走向，因此，真空管路的布置可行性必須在電動真空泵布置階段加以考慮。

3.1 真空管路的布置要求

真空管路的布置要求包括固定方式及固定點位置、尺寸、整車性能、布置間隙、裝配工藝性等要求。

3.1.1 固定方式及固定點位置要求

真空管路需用固定管夾或雙孔管夾在間隔約300 mm的位置上進(jìn)行固定，以防止由于振動與其他零件發(fā)生干涉或脫落。如果需要新增固定支架，支架的固定點應(yīng)盡量借用其他零件的現(xiàn)有固定點。如果管路某段過長并且該段上所用管夾的導(dǎo)向一致，則需在其中某個管夾的兩側(cè)管路上做出擠包結(jié)構(gòu)，以防止管夾在管路上發(fā)生滑動，如圖7所示。

圖7 管夾處的擠包結(jié)構(gòu)

3.1.2 尺寸要求

為減少振動和噪聲的傳遞，真空管路采用柔性管路，通常為尼龍管，其尺寸要求包括以下方面：

(1)外直徑。文氏管至發(fā)動機進(jìn)氣彎管、文氏管至三通、三通至真空助力器、三通至電動真空泵的管路外直徑為φ10 mm，由于文氏管的進(jìn)氣口與出氣口直徑不同，文氏管至發(fā)動機進(jìn)氣歧管的管路外直徑為φ12.5 mm。

(2)折彎角度及半徑。折彎角度不小于90°，盡量平緩。折彎半徑不小于管路外直徑的3倍，并且同類型管路的折彎半徑要求統(tǒng)一。

(3)直線段長度。在管路與三通、快插接頭、直插接頭、單向閥等的接頭處，根據(jù)管接頭的形式不同，直線段長度要求也不一致。如果管路需要變徑，則變徑區(qū)域直線段長度一般為5～10 mm，如圖8所示，在變徑比較大時，可適當(dāng)加長。管路上的管夾固定處，管夾兩端的直線段長度不小于5 mm，以防止管路加工時折彎變形，導(dǎo)致管夾夾緊失效。

(4)運動補償?？紤]到真空管路隨動力總成一起振動，同時其又與相對于車身不動的真空助力器相連接，管路應(yīng)預(yù)留一定的冗余量(通常為15 mm)，以吸收振動。

圖8 接頭處的變徑結(jié)構(gòu)

3.1.3 整車性能要求

整車性能要求需要考慮以下方面：

(1)NVH性能。真空管路上的單向閥與電動真空泵進(jìn)氣口的距離應(yīng)不大于150 mm，以防止電動真空泵停止工作時，真空管路和泵腔體內(nèi)的真空產(chǎn)生倒吸，吸入水分及灰塵等，并減小倒吸時產(chǎn)生的噪聲。

(2)熱保護(hù)。真空管路應(yīng)遠(yuǎn)離排氣歧管、三元催化器等熱源，其間隙應(yīng)不小于200 mm，如果受限于其他條件而距離過小，則需對布置在熱源附近的管路進(jìn)行試驗檢查，并且根據(jù)需要增加隔熱護(hù)套。

(3)美觀性。管路的布置走向要盡量規(guī)整、美觀，其原則包括：①隱藏布置。管路在滿足拆卸方便性的前提下，盡量布置在隱藏的空間。②隨形布置。管路盡量與周邊零部件的形狀走向一致。③橫平豎直。管路直接裸露部分盡量遵守橫平豎直的原則，盡量減少折彎部分，避免和其他管路發(fā)生交叉。④顏色協(xié)調(diào)。管路顏色必須與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)。⑤適當(dāng)遮擋。對于管路復(fù)雜的位置，進(jìn)行裝飾覆蓋。

3.1.4 布置間隙要求

真空管路與周邊零部件的靜態(tài)間隙應(yīng)不小于5 mm，動態(tài)間隙應(yīng)不小于10 mm。動態(tài)間隙通常用運動零件的包絡(luò)進(jìn)行校核。運動零件包絡(luò)變速器的選擋搖臂和換擋搖臂等?？紤]到動力總成的振動和裝配，真空管路與電動風(fēng)扇、前圍擋板等的靜態(tài)間隙一般要求不小于25 mm。如果間隙過小，則需增加防磨護(hù)套。

3.1.5 裝配工藝性要求

真空管路的布置位置應(yīng)保證其裝配方便，同時不影響管路固定支架的裝配，以及動力總成的舉升操作，要留有足夠的操作空間和工具空間。應(yīng)盡量使用相同規(guī)格的彈性卡箍或閉合卡箍卡緊管路，減少裝配工具種類。

3.2 真空管路的布置方案

綜合上述布置要求，真空管路的布置方案如圖9所示。管路上的文氏管、三通、單向閥均布置在動力總成的前方，管路通過3個支架(包括真空泵固定支架和2個管路固定支架)及1個雙孔管夾固定。其中，管路固定支架1在文氏管下方，支架固定點借用進(jìn)氣歧管固定點，管路固定支架2在發(fā)動機缸體后端面上方，支架固定點借用節(jié)溫器固定點，上述兩點均采用雙頭螺栓和螺母來固定支架，通過校核，管路固定支架滿足裝配工藝性要求。真空管路與暖風(fēng)水管鄰近處，其走向與暖風(fēng)水管平行，并通過雙孔管夾固定在一起。真空泵固定支架為真空管路提供2處固定點，并采用管夾3和4固定管路。為防止管夾在管路上滑動，在管路固定管夾4的兩側(cè)設(shè)計有擠包結(jié)構(gòu)。雙孔管夾與真空助力器之間的真空管路需留出足夠冗余量，以吸收動力總成的振動。真空管路與電動真空泵通過快插接頭連接，真空管路與進(jìn)氣彎管的支管通過直插接頭連接。

圖9 真空管路的布置方案

4 電動真空泵的性能驗證

在滿足布置設(shè)計要求后，還需從總成性能、臺架性能、制動系統(tǒng)性能等方面對電動真空泵進(jìn)行驗證。

4.1 總成性能驗證

由于前機艙內(nèi)的環(huán)境溫度變化較大，要求電動真空泵在各種惡劣環(huán)境下，抽真空的能力變化不大。因此，需在低溫、常溫、高溫等不同條件下，從抽真空速率、極限真空度等方面的性能指標(biāo)對電動真空泵的基本性能進(jìn)行考核。其中，抽真空速率直接影響在制動過程中達(dá)到預(yù)期制動力所用的時間長短，是制動系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。此外，還需驗證電動真空泵的熱儲存性能、工作耐久性、振動耐久性、耐腐蝕性、耗液量、工作噪聲、電磁騷擾性等。

4.2 臺架性能驗證

除了總成性能驗證，還需將電動真空泵總成安裝在試驗臺架上，進(jìn)行模擬臺架試驗，重點考察電動真空泵的可靠性是否滿足要求。

4.3 制動系統(tǒng)性能驗證

匹配電動真空泵的整車性能應(yīng)滿足GB 21670-2008《乘用車制動系統(tǒng)技術(shù)要求及試驗方法》、GB 7258-2017《機動車運行安全技術(shù)條件》、ECE R13H《關(guān)于乘用車制動認(rèn)證的統(tǒng)一規(guī)定》等法規(guī)及規(guī)范要求。對此，電動真空泵需搭載整車，進(jìn)行特定里程要求的強化壞路試驗以及地區(qū)適應(yīng)性試驗，驗證在嚴(yán)寒、炎熱、潮濕、振動等惡劣環(huán)境下使用電動真空泵是否能夠保證制動系統(tǒng)效能。此外，還需對整車的制動踏板感受及整車噪聲進(jìn)行主觀評價。

5 結(jié)束語

電動真空泵能夠在真空助力器內(nèi)真空度較低時啟動工作，提高真空助力器內(nèi)的真空度，用以保證制動系統(tǒng)效能。電動真空泵的布置情況不僅決定了周邊零件的通用性，還影響整車通過性、NVH性能、熱保護(hù)、安全性能、涉水性能、美觀性等整車性能。文中結(jié)合電動真空泵的工作原理，論述了電動真空泵以及真空管路的布置要點，完成了布置方案，闡述了電動真空泵的性能驗證內(nèi)容，對今后開發(fā)工作具有借鑒意義。